代謝の問題
ある植物 1 個体を透明な密閉容器に入れ、光の条件と温度を変えて、容器内の二酸化炭素量の 1 時間あたりの変化を測定した。結果は次の表のとおりである。光 A は強い光、光 B は弱い光である。
| 条件 | 温度 | 1 時間あたりの容器内の二酸化炭素量の変化 |
|---|---|---|
| 光 A を照射 | 減少 | |
| 光 B を照射 | 減少 | |
| 暗黒 | 増加 | |
| 暗黒 | 増加 |
この植物を、同じ条件のもとで次のように 1 日（24 時間）育てた。まず で光 A を何時間か照射し、続けて で光 B を 4 時間照射し、残りの時間はすべて の暗黒に置いた。この日、植物が光合成によってつくったグルコースの総量は であった。
この日 1 日の植物体の有機物の増加量は、グルコースに換算して何 mg か。
ただし、光合成の産物と呼吸の基質はすべてグルコース とし、光合成と呼吸の反応式は次のとおりとする。原子量は , , とする。
また、光を照射しているときの呼吸速度は、同じ温度の暗黒での呼吸速度と等しいものとする。各条件での速度は時間によらず一定であり、容器内の二酸化炭素濃度の変化は光合成速度・呼吸速度に影響しないものとする。
この問題で使うもの
- 1 日の光合成量と有機物の増加量（説明と入口の問題）
- 見かけの光合成速度と光の強さ（説明と入口の問題）
- 気体の出入りとグルコース量の換算（説明と入口の問題）
この問題を解けるようになるまで（15 技能）
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ヒント
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ヒント 1
光照射中の CO 減少量は「見かけの光合成速度」、暗黒での CO 増加量は「呼吸速度」を表す。まず全部をグルコース量に換算しよう。
ヒント 2
CO がグルコース に対応する。光合成速度（総光合成）＝見かけの光合成速度＋呼吸速度（光照射中は の値）を使って、光 A の照射時間を求める。
ヒント 3
グルコース換算で、光 A の光合成速度は 、光 B は なので より 。暗黒は 8 時間で、 の呼吸速度は である。
答えと解説
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解説を読む
CO とグルコースの換算
反応式より、CO 6 mol（）とグルコース 1 mol（）が対応する。よって CO はグルコース に相当する。
各条件での速度（グルコース換算、1 時間あたり）
暗黒では光合成は起こらないので、CO の増加量はそのまま呼吸による放出量である。
- の呼吸速度：
- の呼吸速度：
光を照射しているときの CO の減少量は、（光合成で吸収した量）−（呼吸で放出した量）、つまり見かけの光合成速度である。
- 光 A の見かけの光合成速度：
- 光 B の見かけの光合成速度：
光照射中の呼吸速度は の暗黒と同じ なので、光合成速度（総光合成）は（見かけの光合成速度）＋（呼吸速度）より
- 光 A：
- 光 B：
光 A の照射時間を求める
光 A の照射時間を 時間とすると、1 日の光合成量（総量）は
よって光 A は 12 時間、光 B は 4 時間、暗黒は 時間である。
有機物の増加量
有機物の増加量は、明るい間は見かけの光合成量の合計、暗黒の間は呼吸による減少量を差し引いて求める。
（確認：1 日の光合成量 から、1 日の呼吸量 を引いても となる。）
したがって、有機物の増加量はグルコース換算で である。
別解
呼吸速度は で 、 で （CO 量）である。光を照射しているときの呼吸速度は同じ温度の暗黒と等しいので、光合成速度（見かけではなく総量）は次のようになる。
光 A：、光 B：（いずれも CO 吸収量）。
反応式より、グルコース に対して CO は の割合である。光合成で生じたグルコース に必要な CO は 。
光 A の照射時間を 時間とすると、 より 、 時間。
暗黒()の時間は 時間。
1 日の呼吸による CO 放出量は、 が 時間で 、 が で、合計 。これはグルコース の消費に相当する。
有機物の増加量 。
検算：CO の正味吸収量は で、グルコースに換算すると となり一致する。